가족성 저칼륨성 주기성 마비에서 세포외 칼륨농도가 지연성 정류형 채널을 형성하는 KCNQ3와 KCNQ5 단백질에 미치는 효과

Abstract

가족성 저칼륨성 주기성 마비란 상염색체 우성 유전 질환으로 저칼륨혈증을 동반한 간헐적인 가역적 이완성 근육 마비를 특징으로 한다. 세포내 저류된 칼륨으로 인해 저칼륨혈증이 지속되고 근세포 활성이상으로 인해 마비가 발생하는 것으로 알려져 있다. 이러한 증상발현의 분자생물학적 기전을 확인하기 위해 세포 내 칼륨이온을 세포 밖으로 이동시키는 지연성 정류형 채널 단백질의 일종인 KCNQ3와 KCNQ5를 대상으로, 정상인과 환자에서 채취한 골격근 세포를 생리적 세포외 정상 칼륨농도인 4 mM과 탈분극 유도를 위한 고칼륨농도인 50mM에 노출시켜 단백질의 양적 변화 유무를 확인하였다. 유전자 발현양상을 확인하기 위해 mRNA의 양적 변화를 확인한 결과 모든 조건에서 유의한 변화가 관찰되지 않아 정상 칼륨조건과 고칼륨조건이 두 유전자발현의 변화를 야기하지 않음을 확인하였다. 그러나 단백질 양을 관찰한 결과 환자의 골격근 세포가 50 mM의 칼륨농도에 노출되는 경우 KCNQ3 단백질은 세포질 내에서 증가하고 세포막 내에서 감소하였다. 이는 환자의 골격근 세포가 고농도의 세포외 칼륨에 의해 탈분극 되는 경우 재분극에 중요한 기능을 담당하는 KCNQ3 채널 단백질이 세포질 내로 이동하여 재분극 형성의 장애를 초래하고 이로 인해 근세포 활성이 일어나지 않게 되어 마비를 유발할 수 있음을 시사하는 결과로 본 질환의 새로운 발병 기전을 설명할 수 있는 근거로 생각된다. Familial hypokalemic periodic paralysis (HOKPP) is an autosomal dominant muscle disorder characterized by episodic attacks of muscle weakness with concomitant hypokalemia. Mutations in either a calcium channel gene (CACNA1S) or a sodium channel gene (SCN4A) have been shown to be responsible for this disease. The combination of sarcolemmal depolarization and hypokalemia has been attributed to abnormalities of the potassium conductance governing the resting membrane potential. To understand the pathophysiology of this disorder, we examined both mRNA and protein levels of delayed rectifier potassium channel genes, KCNQ3 and KCNQ5, in skeletal muscle fibers biopsied from patients with HOKOur results showed an increase in the cytoplasmic level of KCNQ3 protein in patients' cells exposed to 50 mM external concentration of potassium. However, mRNA levels of both channel genes did not show significant change in the same condition. Our results suggest that long term exposure of skeletal muscle cells in HOKPP patients to high extracellular potassium alters the KCNQ3 localization, which could possibly hinder the normal function of this channel protein. These findings may provide an important clue to understanding the molecular mechanism of familial hypokalemic periodic paralysis.